香樟凋落叶分解对3种草坪草的化感作用

张淑珍，张 帆，董姬妃，张 可，崔 杰，巫晓璐

(四川农业大学风景园林学院，四川 成都 611130)

某些植物通过向环境中释放化学物质对周围植物或微生物产生有利或不利的影响，从而提高自身生存竞争力[1]。植物的这种化感作用可应用于农林复合生产实践，如混交林营造和人工林培育[2-3]。近年来化感作用在园林植物群落结构营建、景观营造方面也越来越受到重视[4-5]。

香樟(Cinnamomumcamphora)是樟科(Lauraceae)樟属的常绿大乔木，因其冠大荫浓、四季常绿、净化空气、涵养水源、固土防沙而成为植被恢复和群落演替的重要树种[6]，常作为庭荫树、行道树和防护林被广泛栽植。香樟在被用作重要观赏树种和用材树种的同时，也逐渐出现一些问题，香樟林下植被稀少，无法形成稳定复杂的植物群落。研究表明，香樟林下不易建植长久性优质草坪，其主要原因是香樟具有较强的化感作用，导致香樟林下景观单一[4]。香樟凋落叶分解释放的化感物质对小白菜(Brassicachinensis)、莴笋(Lactucasativa)和茄子(Solanummelongena)会造成过氧化伤害并降低土壤氮素的有效性[7]。草坪植物由于其长势好、适应性强、观赏期长等特性，在实践中常将其栽植于乔木下形成开敞景观。乔木和草本植物组合配置不仅能综合利用土地资源，而且可以改善生态环境，增强景观效果，是一种兼顾生态效益、经济效益和社会效益的重要绿化模式。

作为重要的景观和经济树种，香樟尽管对其相邻植被有一定的化感作用，但如果能找到一种对香樟的化感作用有较强的耐受性，能与香樟共存的植物，与香樟混合种植，就能同时兼顾生态、经济收益与景观效果。因此，本研究以白三叶(Trifoliumrepens)、匍匐剪股颖(Agrostisstolonifera)和沿阶草(Ophiopogonbodinieri)为试材，研究香樟凋落物对其生长和生理特性的影响，以期筛选出适合在香樟林下栽植的草坪植物，为香樟林下地被植物的配置提供一定的理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

白三叶、匍匐剪股颖、沿阶草种子为2016年11月下旬至12月初购买于四川省成都市温江区花木交易中心。2016年3月下旬在四川农业大学(成都校区)校园中收集新鲜的香樟凋落叶，香樟树胸径约1 m，高可达25 m。盆栽土壤为田园沙壤土。土壤pH 6.16，有机质含量25.15 g·kg-1，全氮含量1.23 g·kg-1，速效磷含量63.48 mg·kg-1，速效钾含量57.81 mg·kg-1。

1.2 试验设计

1.2.1室内种子萌发试验 采集香樟凋落叶后，用清水洗净、晾干，称取200 g叶片，剪成1 cm2左右碎片，置于1 000 mL去离子水中，在室温下浸泡72 h并经常晃动溶液，经过双重过滤得到200 g·L-1的香樟凋落叶浸提液，放于4 ℃冰箱内保存备用。使用时分别配制成浓度为0、50、100、150、200 g·L-1的香樟凋落叶浸提液。选取饱满、大小一致的3种草坪草种子，用浓度为0.1%的升汞(HgCl2)溶液振荡消毒1 min，蒸馏水洗涤3～5次，每次2 min，用吸水纸吸干备用。在培养皿底部铺两层滤纸作为发芽床，分别加入5 mL相应浓度的浸提液浸湿纱和滤纸，然后均匀放置50粒已消毒的白三叶、匍匐剪股颖和沿阶草种子。每种材料各5个处理，每个处理重复3次。置于室温下，每天补充等量相应浓度的浸提液。观察记载种子发芽率与发芽指数。

1.2.2盆栽试验 栽植容器选用内径31 cm、高27.5 cm的塑料花盆，栽植基质采用当地砂壤土，每盆装入10 kg土壤。将新近凋落的叶片风干后，剪成面积为1 cm2左右的碎片，使其与土壤混合均匀。依据吴秀华等[8]和Huang等[9]的研究确定每个处理添加的香樟凋落叶量的范围。调查得知，香樟林一年的凋落叶量约800 g·m-2，而试验用花盆盆口面积约0.07 m2，折算后约为50 g。故以5 g·kg-1作为凋落叶基本添加量，因此该试验设置4种处理, 即对照CK：0(不施凋落叶)，T1：2.5 g·kg-1(0.5倍基本量)、T2：5 g·kg-1(基本量)、T3：10 g·kg-1(2倍基本量)。将凋落叶称量好后与土壤混合均匀，然后装入盆中。浇透水，将白三叶、匍匐剪股颖各100粒种子和50粒沿阶草种子均匀点播于各盆表面，统一覆上细土0.7 kg，再浇少量水。各处理重复3次。常规管理。待植株长出后，取样测定地上部分株高、叶面积、生物量、叶绿素含量和4项抗性生理指标。

为探讨凋落叶施入土壤后，是否会对土壤物理性质(土壤空气、水分和热量等)产生影响进而影响草坪草生长，该试验设置平行空白试验：将所用香樟叶蒸煮2 d(尽可能去除叶片中所含的化感物质)，统一播种白三叶、匍匐剪股颖和沿阶草，3次重复(分别记作Z1、Z2、Z3)。与上述试验同时进行，日常管理与所测指标同上。

1.3 测定指标与方法

1.3.1生长指标 从试验第2天开始，每隔24 h统计一次发芽种子数目。以胚根突破种皮2 mm作为萌发标志，连续5 d未有种子萌发作为种子发芽结束标志，计算种子的发芽率与发芽指数。3次重复。发芽率、发芽指数的计算公式分别为：

发芽率=(发芽种子数/供试种子数)×100%[10]；

发芽指数(GI)=∑(Gt/Dt)。

学术期刊作为行业和学科的共享平台，扮演着传播与传承相关技术、知识和经验的角色，其中企业自办的学术期刊不仅具有常规期刊的功能，而且承担着培养专业人才、促进学科融合、助力企业外宣和贯彻上级指示等独特功能，是企业珍贵的科技传播平台、知识积淀平台和信息分享平台。

式中：Gt为不同发芽时间t的萌发数，Dt为相应的发芽日[11]。

采用直尺测量株高。叶面积的测定采用称重法[12]，即将叶片放在复印机上印出形状，剪下叶形纸样，用电子天平(精度0.001 g)分别称量叶形纸样重(W1)和剩余纸重(W2)。计算公式如下：

Sp=100/(W1+W2)；

叶面积(cm2)=A×W1。

式中：Sp为单位重量纸的面积(cm2·g-1)，W1为叶形纸样重(g)，W2为剩余纸重(g)；A为低重面积系数。使用天平称取植株鲜重，将其装入纸袋并置入烘箱于105 ℃杀青1 h，再在65 ℃条件下将植株烘干后称重，得到植株干重。

1.3.2叶绿素含量 选各处理部位一致、完全展开的叶片，按照Lichtenthaler[13]的方法用UV-5200型分光光度计(上海元析仪器有限公司，中国)在663和645 nm处测量吸光度。每个处理3次重复。

1.3.3抗性生理指标 采用氯化硝基四氮唑蓝(NBT)光化还原法测定超氧化物歧化酶(SOD)活性，酶活性单位以抑制NBT光化还原的50%表示[14]。采用愈创木酚法测定过氧化物酶(POD)活性，酶活性单位以每分钟A470变化0.01表示[12]。采用紫外吸收法测定过氧化氢酶(CAT)活性，酶活性单位以每分钟A240减少0.1表示[15]。采用硫代巴比妥酸(TBA)加热比色法测定丙二醛(MDA)含量[12]，采用经验公式计算，单位为μmol·g-1。各处理重复3次。

1.4 数据处理

用Willamson等[16]提出的化感效应指数(RI)表示香樟凋落叶对白三叶、匍匐剪股颖、沿阶草的化感效应。即：RI=1-C/T(当T≥C时)或RI=T/C-1(当T

2 结果与分析

2.1 香樟凋落叶浸提液对3种草坪草种子萌发的影响

表1 香樟凋落叶浸提液对3种草坪草种子发芽率、发芽指数的影响Table 1 Effect of leaf litter extract of Cinnamomum camphora on the germination rate and germination index of three turfgrasses

RI为化感效应指数；同列不同字母表示不同浸提液浓度间在0.05水平存在显著差异(P<0.05)；下同。

RI refers to response index; Different lowercase letters within the same column indicate significant difference between different concentrations of litter leaf extract at the 0.05 level; similarly for the following tables.

2.2 香樟凋落叶分解对3种草坪草幼苗形态生长的影响

香樟凋落叶对3种草坪草幼苗的生长具有明显的抑制作用(表2)。3种植物的株高总体随香樟凋落叶含量增加而降低。当各处理中凋落物含量低于10 g·kg-1时，3种草坪草株高没有受到显著影响(P>0.05)，但10 g·kg-1(T3)处理下植株株高受到显著抑制(P<0.05)，白三叶、匍匐剪股颖和沿阶草分别较对照下降了16.20%、16.26%和4.28%，化感效应指数RI值分别为-0.160、-0.160、-0.040，可见沿阶草株高受到香樟凋落叶的影响最小。

随着香樟凋落叶含量的增加，沿阶草幼苗的叶面积没有受到显著影响(P>0.05)，白三叶和匍匐剪股颖幼苗叶面积受其抑制作用增强。当土壤中香樟凋落叶含量达到10 g·kg-1时，其对白三叶和匍匐剪股颖叶面积的抑制作用达到显著水平(P<0.05)，与对照相比分别下降了15.31%、12.68%。

香樟凋落叶对匍匐剪股颖幼苗生物量的抑制作用不明显(P>0.05)。白三叶和沿阶草的生物量随凋落叶量的增加而显著降低，其中白三叶受到的抑制最强，在2.5 g·kg-1(T1)和10 g·kg-1(T3)处理时分别比对照下降了3.36%和11.50%，其次为沿阶草，与对照相比，在2.5 g·kg-1(T1)和10 g·kg-1(T3)处理分别降低了2.37%和10.06%。

2.3 香樟凋落叶分解对3种草坪草叶绿素含量的影响

当香樟凋落叶含量为2.5 g·kg-1(T1)时，3种植物的化感效应指数RI均为正值，RI值分别为0.040、0.070和0.004，而其他处理化感效应指数为负值(表3)。而且随着凋落叶的增加，白三叶、匍匐剪股颖和沿阶草叶绿素含量逐渐降低，并在10 g·kg-1(T3)处理时受到显著抑制，与对照相比分别降低了24.03%、16.86%和6.40%，化感效应指数分别为-0.240、-0.170和-0.060，表明香樟凋落叶对沿阶草叶绿素含量的抑制作用最小。

2.4 香樟凋落叶分解对3种草坪草抗氧化酶活性和丙二醛含量的影响

当香樟凋落叶含量低于10 g·kg-1时，白三叶和匍匐剪股颖的SOD活性与对照相比无显著差异(P>0.05)，在10 g·kg-1(T3)处理下均受到显著抑制(P<0.05)，比对照分别下降了22.87%、19.40%。各处理凋落叶对沿阶草的SOD活性均无显著抑制作用(P>0.05)(图1)。

表2 香樟凋落叶对3种草坪草株高、叶面积和生物量的影响Table 2 Effect of leaf litter of Cinnamomum camphora on plant height, leaf area, and biomass of three turfgrasses

CK，T1，T2,T3表示香樟凋落叶添加量分别为0，2.5，5和10 g·kg-1。下同。

CK，T1，T2,T3indicate leaf litter ofCinnamomumcamphoraaddition were 0, 2.5, 5和10 g·kg-1, respectively. similarly for the following tables and figures.

表3 香樟凋落叶对3种草坪草叶绿素含量的影响Table 3 Effect of leaf litter of Cinnamomum camphora on chlorophyll content of three turfgrasses

图1 香樟凋落叶对3种草坪草超氧化物歧化酶活性的影响Fig. 1 Effect of leaf litter of Cinnamomum camphora on superoxide dismutase activity of three turfgrasses

不同字母表示不同香樟凋落叶量在0.05水平存在显著差异(P<0.05)；下同。

Different lowercase letters indicate significant difference between different quantities of leaf litter ofCinnamomumcamphoraat the 0.05 level; similarly for the following figures.

在5 g·kg-1(T2)和10 g·kg-1(T3)处理下，白三叶的POD活性与对照的差异达到显著水平(P<0.05)，分别下降了13.35%、18.05%(图2)。匍匐剪股颖在10 g·kg-1(T3)处理与对照差异达到显著水平，POD活性下降了17.25%。而各处理后的沿阶草POD活性与对照相比均无显著差异(P>0.05)。可见，0～10 g·kg-1的香樟凋落叶处理对沿阶草POD活性的影响不明显。

白三叶和匍匐剪股颖的CAT活性随香樟凋落叶增加而升高(图3)，沿阶草CAT 活性受香樟凋落叶各剂量处理无显著变化(P>0.05)。白三叶在5 g·kg-1(T2)和10 g·kg-1(T3)处理后与对照相比显著升高(P<0.05)，增幅分别达9.97%和15.76%。匍匐剪股颖在10 g·kg-1(T3)处理达显著水平，较对照上升了28.79%。

图2 香樟凋落叶对3种草坪草过氧化物酶活性的影响Fig. 2 Effect of leaf litter of Cinnamomum camphora on peroxidase activity of three turfgrasses

图3 香樟凋落叶对3种草坪草过氧化氢酶活性的影响Fig. 3 Effect of leaf litter of Cinnamomum camphora on catalase activity of three turfgrasses

MDA含量表示细胞膜脂受到过氧化伤害的程度和植物的抗逆性大小。白三叶和沿阶草的MDA含量随香樟凋落叶增加与对照相比无明显变化(P>0.05)。当凋落叶含量小于10 g·kg-1时，与对照相比，匍匐剪股颖的MDA含量没有达到显著水平(P>0.05)；当凋落叶含量为10 g·kg-1时，其MDA含量显著升高(P>0.05)，与对照相比增幅为0.28%(图4)，这表明细胞受伤害的程度加剧。

图4 香樟凋落叶对3种草坪草丙二醛含量的影响Fig. 4 Effect of leaf litter of Cinnamomum camphora on malondialdehyde content of three turfgrasses

2.5 蒸煮后的香樟凋落叶对3种草坪草生长的影响

在土壤添加蒸煮过的香樟凋落叶，随着蒸煮凋落叶的增加，各处理的3种草坪草的株高、叶面积和生物量与对照相比差异不显著(P>0.05)。这表明，抑制草坪草生长的主要原因不是香樟凋落叶对土壤物理性质的影响，而是其在土壤中分解释放的化感活性物质(表4)。

2.6 香樟凋落叶分解对3种草坪草的综合效应

在同一剂量处理下香樟凋落叶对3种受体植物的化感综合效应大小不同(图5)。所有香樟凋落叶处理下的白三叶、匍匐剪股颖、沿阶草的化感综合效应全部为负值，并随凋落叶含量增大而降低，即抑制作用不断增强；相同香樟凋落叶处理，以白三叶的化感综合效应绝对值最大，匍匐剪股颖次之，沿阶草最小，这表明3种植物中以白三叶受到的抑制作用最强，沿阶草最弱。

3 讨论

3.1 香樟凋落叶对3种草坪草种子萌发和幼苗生长的化感作用

种子发芽率低、发芽时间延长可能会影响物种更新，降低植物在群落中的丰富度，甚至会因种间竞争影响该种群在生态系统中的生态位[18]。本研究结果表明，白三叶、匍匐剪股颖和沿阶草的发芽率和萌发速率受到了香樟凋落叶水浸提液的显著抑制(P<0.05)，受体种子的发芽率和发芽指数随香樟凋落叶水浸提液浓度的增高而降低，这与廖梦雨等[19]、陈博雯等[20]的研究结果一致。香樟凋落叶浸提液对3种草坪草种子的抑制作用存在差异性，其中对匍匐剪股颖的化感效应最强，白三叶次之，沿阶草最弱，这除了受不同浓度的香樟浸提液影响外，还与种子活力和基因型有关，与其萌发过程中胚或胚乳的物质代谢如有机物、酶、植酸的变化也有关[21]。此外，3种草坪草种子发芽指数对香樟凋落叶水浸提液的敏感程度要强于发芽率(表1), 说明化感作用不仅抑制受体种子的萌发数,还使种子开始萌发的时间延迟[22]。这表明化感物质可能通过影响受体植物种子的呼吸作用和吸水作用，进而使种子内有机物转化和内源激素的调节受阻，水解酶的活性下降，最终导致发芽率的降低及发芽时间的延后[23]。

表4 蒸煮后的香樟凋落叶对3种草坪草形态指标的影响Table 4 Effect of steamed Cinnamomum camphora leaf litter on morphological indexes of three turfgrasses

图5 香樟凋落叶分解对3种草坪草的化感综合效应Fig. 5 Comprehensive allelopathic effects of leaf litter of Cinnamomum camphora on three turfgrasses

植物的幼苗阶段对其形态建成有直接的影响[24]。化感物质对茎生长的抑制导致植株矮小，进而影响植株的营养生长和生殖生长[25]。本研究依据3种草坪草幼苗株高、叶面积、生物量及叶绿素含量等指标的变化，对香樟化感作用进行研究。除沿阶草的叶面积和匍匐剪股颖的生物量变化不显著外(P>0.05)，当香樟凋落叶含量为10 g·kg-1时，受体植物株高、叶面积、生物量和叶绿素含量均表现出化感抑制作用。这与张如义等[7]研究小白菜和莴笋对香樟化感活性物质反应的结果一致。蒋雪等[26]在研究香樟凋落叶对牵牛花(Pharbitisnil)生长和开花结实的影响时也发现，凋落叶在分解41～66 d显著抑制牵牛花的株高、茎粗等形态生长指标(P<0.05)，且能延缓其始花期。此外，将蒸煮过的香樟凋落叶施入土壤中并没有使3种草坪草的形态生长发生明显变化(表4)，说明草坪草生长受抑制主要是受叶片中具有化感作用的次生代谢物影响。陈洪等[27]认为香樟凋落叶在分解过程中产生的萜类物质如樟脑(Camphor)、1,8-桉叶油醇(1,8-cineole)等是抑制辣椒(Capsicumannuum)生长的主要原因。本研究表明，白三叶、匍匐剪股颖和沿阶草的叶绿素含量受到明显的化感抑制作用。巨桉(Eucalyptusgrandis)凋落叶分解释放的化感物质通过影响菊苣(Cichoriumintybus)的胞间CO2浓度和叶绿素积累等来直接和间接影响其光合作用，进而降低植株对光能的利用能力并破坏PSⅡ反应中心蛋白，最终抑制其生物量积累[8]。丁伟等[28]在对核桃(Juglansregia)化感作用的研究中发现，光合酶活性与叶绿素含量降低等非气孔因素是引起莴笋叶片光合速率下降的主要原因。王婧怡等[29]发现香豆素能抑制苏丹草(Sorghumsudanense)植株总叶绿素、叶绿素a和叶绿素b的合成。

3.2 香樟凋落叶对3种草坪草抗氧化酶活性及丙二醛含量的化感作用

SOD、CAT和POD等酶系通过相互协调清除植物在生长过程中产生的O2-、H2O2等氧自由基，以免活性氧伤害细胞膜脂[30]。MDA是膜脂过氧化产物，它能与细胞内各组分反应，使酶和膜受到严重损伤，植物体内的MDA含量可以反映其在逆境中受伤害的程度[31-32]。本研究表明，随土壤中香樟凋落叶施入量的增加，3种草坪草幼苗CAT活性上升，SOD和POD活性均明显下降，且随着凋落叶处理量的增大，匍匐剪股颖叶片MDA含量呈显著上升趋势(P<0.05)(图1)。这与李仲彬等[5]发现香樟凋落叶能抑制凤仙花(Impatiensbalsamina)幼苗的SOD和POD活性，致使CAT活性和MDA含量提高的研究一致。曾淼[33]认为高浓度柠条锦鸡儿(Caraganakorshinskii)叶浸提液(0.04 g·mL-1)会引起冰草(Agropyroncristatum)种子代谢紊乱，造成无氧呼吸上升，贮藏的营养物质被大量消耗，从而使CAT活性增加。本研究中MDA含量增加，表明在化感作用下，3种草坪草细胞膜受到损伤，植株生理完整性被破坏。这与王秀丽等[34]、李苇洁等[35]、王晓英和吴洪新[30]结果一致。可见，香樟凋落叶分解释放化感物质，造成白三叶等草坪草活性氧的失调，致使其膜脂受到活性氧伤害，这可能进而影响到受体植物细胞分裂和植物生长发育。

4 结论

综上所述，香樟凋落叶可能通过破坏3种草坪草抗氧化系统以及降低光合能力以抑制其生长。在室内萌发试验与盆栽试验中，香樟凋落叶对沿阶草的抑制效应最弱，因而沿阶草更适于在香樟林下种植，且其长势强健，耐阴性强，覆盖效果快，观赏性好，是一种良好的地被植物。本研究在一定程度上模拟了凋落叶在土壤中的分解过程，但还需进一步探讨香樟在不同树龄和不同生境下能否表现出强烈的化感作用，以及土壤环境特别是土壤微生物、土壤酶活性以及土壤呼吸是否会影响化感有效物质对受体的促进或抑制作用。